光通信中繼站引入光纜和非開挖地埋方案

1、2004 年第 5 期電力系統(tǒng)通信·15 ·光通信中繼站引入光纜和非開挖地埋方案黃俊華 ,張建明(通光集團(tuán)有限公司 ,上海 200122)摘要 :初步分析了電力系統(tǒng)光通信中繼站引入光纜用電力架空光纜和傳統(tǒng)地埋方式的受限制條件 ,提出 了光纜非開挖地埋敷設(shè)的方案 。關(guān)鍵詞 :電力架空光纜 ;中繼站 ;引入光纜 ;非開挖中圖分類號 : TN913. 31 + 4文獻(xiàn)標(biāo)識碼 :B文章編號 :1005 - 7641 (2004) 05 - 0015 - 04隨著電力系統(tǒng)光通信網(wǎng)絡(luò)的蓬勃發(fā)展 ,以 OP GW 和 ADSS 光纜為主體的電力架空 (特種) 光纜的應(yīng)用越 來越廣泛 。在

2、輸電線路上用 OP GW 代替一條架空地 線 ,使之具備現(xiàn)代光纖通信傳輸線的強(qiáng)大功能來組建 電力通信網(wǎng) ,正成為常規(guī)方法 。安裝了 OP GW 的 500 kV 線路因此成了“輸電”和 “通信”的雙重骨干線路 。除了一般意義上的通信 , OP GW 中的光纖還承載著與電力安全運(yùn)行有關(guān)的遠(yuǎn) 動(dòng) 、繼保等重要信息 ,其重要性并不亞于輸電本身 。在 OP GW 線路中 ,輸電并不需要中繼 ; 而當(dāng)光纖 通信線路受衰減和/ 或色散限制時(shí) ,就不可避免地需要 中繼 。因此 ,在安裝了 OP GW 的 500 kV 線路中往往 存在著一個(gè)或若干個(gè)光纖“T 接點(diǎn)”,需要把光纖引入 到光通信中繼站 ,對信號放

3、大處理后再引出到接點(diǎn) 。 引入光纜可以采用與 OP GW 光纖芯數(shù)相同的兩根光 纜(一進(jìn)一出) ,但更傾向于采用雙倍 OP GW 芯數(shù)的一 根引入光纜 。1引入光纜架空敷設(shè)的受限制條件1 . 1采用 A T 護(hù)套的 ADSS 光纜引入盡管用于引入的 ADSS 光纜距離較短(一般在 1 km 左右) 、檔距也較小 (一般小于 200 m) ,但 ADSS 光纜 并不是可以隨意加掛的 ,不合適的安裝位置 ( 包括空 間) 必然會(huì)出故障 。ADSS 光纜的安裝空間是有限的 ,其安裝空間至 少受到下述兩個(gè)方面的限制 。電力特種光纜應(yīng)用研討會(huì)優(yōu)秀論文作者簡介 : 黃俊華 ( 1949 - ) , 男 ,

4、 上海人 , 高級工程師 , 從 1978 年起從事光纖 、光纜 、特種光纜的研制 、開發(fā)和光 通信工程應(yīng)用的技術(shù)及管理工作 ;張建明 (1959 - ) ,男 ,上海人 ,高級工程師 ,長期 從事光纜產(chǎn)品的設(shè)計(jì) 、工藝 、制造 、應(yīng)用的技術(shù)和管理工 作 。(1) 空間電位沿著導(dǎo)線走向 、架設(shè)在導(dǎo)線與地之間某一位置的 ADSS 光纜 ,由于與導(dǎo)線“接近”,使之處于同一個(gè)空間 電位的位置上 。根據(jù)目前商用的材料科學(xué)水平 ,ADSS 光纜的耐 電痕 (A T) 護(hù)套在靜態(tài)時(shí)的空間電位宜控制在 20 kV 以下 ,在動(dòng)態(tài)時(shí)不宜超過 25 kV 。因此 ,在 500 kV 線 路上即使是沿著導(dǎo)線走向

5、、要在所有的桿塔上尋找安 全的 ADSS 光纜安裝空間 ,就已比較困難 。把 ADSS 光纜作為 T 接引入光纜 ,ADSS 光纜除 了與導(dǎo)線“接近”,至少還會(huì)有一處與導(dǎo)線“交越”,因而 比沿線架設(shè)更復(fù)雜 。一般不能滿足靜態(tài) 20 kV 和動(dòng)態(tài) 25 kV 條件 ,除非遠(yuǎn)離導(dǎo)線 。國內(nèi)現(xiàn)有多個(gè)計(jì)算空間電位和/ 或電場強(qiáng)度的軟 件版本 ,有二維的也有三維的 。它們的計(jì)算結(jié)果 ,就某 一具體位置的空間電位“數(shù)值”而言 ,有一定的差異 ,但 總體趨勢一致 。且不去評估哪個(gè)軟件是“精確”或是 “準(zhǔn)確”的 ,根據(jù)國內(nèi)的桿塔條件 ,都傾向于不宜在 500 kV 線路上架設(shè)和引入 ADSS 光纜 。(2)

6、限距為了滿足空間電位條件 ,ADSS 光纜與導(dǎo)線的“接 近”必須保持足夠的間距 ,同時(shí)也應(yīng)與地面或障礙物保 持合適的間距 。這兩個(gè)條件有時(shí) (很多情況下) 是矛盾 的 ,在 500 kV (包括部分 220 kV) 線路中很難同時(shí)滿 足 。若采用“折中”或“權(quán)衡”,其后果必然會(huì)帶來安全 隱患 。1 . 2ADSS 引入光纜采用交聯(lián)護(hù)套的探索和試驗(yàn)即使采用 A T 護(hù)套的 ADSS 光纜 ,其安裝位置的 空間電位在高于 20 kV 的情況下 ,仍會(huì)受到較大的電 腐蝕 ,大部分故障表現(xiàn)在護(hù)套產(chǎn)生高溫并出現(xiàn)燒結(jié)現(xiàn) 象 。為克服因高溫而引起光纜護(hù)套的燒結(jié)現(xiàn)象 ,思路 之一是提高光纜護(hù)套的耐溫等級 。A

7、DSS 光纜采用電子輻照交聯(lián)護(hù)套是一個(gè)新的嘗 試 。電子輻照交聯(lián)護(hù)套常用于高壓電纜 ,并有數(shù)年成功·16 ·電力系統(tǒng)通信2004 年第 5 期運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn) 。我們對此進(jìn)行了技術(shù)探索和簡單的試驗(yàn) 。(1) 試驗(yàn)方案1) 用交聯(lián)護(hù)套材料制作光纜護(hù)套并經(jīng)過電子輻 射 ,試驗(yàn)護(hù)套的耐溫性能 ;2) 用聚乙稀材料制作的光纜護(hù)套與用交聯(lián)護(hù)套 制作的護(hù)套進(jìn)行耐溫性能的試驗(yàn)比較 。(2) 試驗(yàn)方法用 65 W 的電烙鐵在完全加溫的情況下 ,對上述 兩種材料的光纜護(hù)套進(jìn)行接觸試驗(yàn) ,電烙鐵的頭部溫 度實(shí)測為 250 。(3) 試驗(yàn)結(jié)果1) 圖 1 所示的是聚乙稀材料制作的光纜護(hù)套 ,當(dāng) 電烙鐵

8、的頭部碰在護(hù)套上 ,較短時(shí)間內(nèi)光纜的護(hù)套就 出現(xiàn)軟化現(xiàn)象 ,說明聚乙稀材料不能較長時(shí)間承受在 250 的高溫 。(a) ( b)(c)圖 1 聚乙稀材料作為光纜護(hù)套的光纜試驗(yàn)情況(a) 光纜護(hù)套受溫時(shí)的狀態(tài) ; ( b) 、(c) 為光纜護(hù)套受溫后的狀態(tài)2) 圖 2 所示的是用交聯(lián)材料制作并經(jīng)電子輻照 后的光纜護(hù)套 ,當(dāng)電烙鐵的頭部碰在護(hù)套上 ,經(jīng)過了很 長時(shí)間 ,護(hù)套表面無任何軟化現(xiàn)象 ,說明該材料能長時(shí) 間承受 250 的高溫 。(a) ( b)圖 2 交聯(lián)護(hù)套材料作為光纜的護(hù)套并經(jīng)過 電子輻照后的試驗(yàn)情況(a) 光纜護(hù)套的受溫時(shí)的狀態(tài) ; ( b) 光纜護(hù)套受溫后的狀態(tài)1 . 3MASS

9、 光纜引入相對于 ADSS ,全金屬結(jié)構(gòu)的 MASS 光纜不需要 考慮空間電位 。在滿足大氣過電壓的條件下 ,它可以 比 ADSS 更接近導(dǎo)線 。還由于它有足夠大的抗拉強(qiáng) 度 ,MASS 的初始弧垂可以很小 ,因而也相對容易滿足 對地間距 。我們設(shè)想了如下的 MASS 接地和 MASS 絕緣的兩個(gè)方案 。(1) MASS 接地方案在 T 接頭盒處連接 MASS ,采用接地金具 ,在中繼 通信機(jī)房終端桿重復(fù)可靠接地 ,增加一個(gè)與進(jìn)戶全塑 光纜連接的過渡接頭盒 ,如圖 3 所示 。圖 3 MASS 接地方案示意圖該方案的優(yōu)點(diǎn)是采用了傳統(tǒng)的成熟技術(shù) ,缺點(diǎn)是 把桿塔處的地電位延伸到了中繼機(jī)房附近 。

10、(2) MASS 絕緣方案在 T 接桿塔上安裝光電分離接頭盒(如圖 4 所示) , MASS 光纜從絕緣端引出 ,采用絕緣金具 (如圖 5 所示) 引入通信機(jī)房終端桿 ,再增加一個(gè)安裝在絕緣支架上與 進(jìn)戶全塑光纜連接的過渡接頭盒(如圖 6 所示) 。圖 4 光電分離接頭盒圖 5 絕緣金具圖 6 MASS 絕緣引入示意圖假設(shè) :把原來工作在空間電位高達(dá) 6080 kV (與 相導(dǎo)線交越) 的 ADSS 光纜換為 MASS 光纜 (并滿足大 氣過電壓條件) ,采用 110 kV 絕緣串引入機(jī)房終端桿 。2004 年第 5 期電力系統(tǒng)通信·17 ·該方案的優(yōu)點(diǎn)是在光纖連通的同時(shí)隔

11、斷了桿塔與 中繼通信機(jī)房的地電位連通 ,缺點(diǎn)是技術(shù)較復(fù)雜 。1 . 4OPGW 光纜引入用 OP GW 引入的方案和思路與 MASS 引入基本 相同 ,它們之間的區(qū)別是 OP GW 掛在頂端 ,而 MASS 基本上是掛在原來 ADSS 光纜的位置上 。2傳統(tǒng)地埋方式引入光纜入地相對是最傳統(tǒng)和安全可靠的方法 , 但牽涉到 (征) 用地 、青苗賠償 、開挖等事項(xiàng) 。電力通信 中繼站用的引入光纜通常為全塑光纜 ,這種光纜比標(biāo) 準(zhǔn)的 、用于埋地的全屬鎧裝光纜的抗拉 、抗側(cè)壓等性能 均要弱一些 ,因此也會(huì)受到一定的限制 。當(dāng)對稱輸電線路不平衡或發(fā)生故障 (如短路) 時(shí) , 桿塔接地體附近產(chǎn)生較強(qiáng)地電流形

12、成類似跨步電壓的 電位差 ,會(huì)對光纜護(hù)套造成腐蝕和損傷 ,嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生 擊穿 。所以電信長途埋地光纜通常要求光纜路由距發(fā) 電廠或變電站的接地體大于 200 m ,距輸電桿塔接地 體大于 50 m 。但從桿塔引向中繼站的地埋電纜無法 避開桿塔接地體 。2 . 1管道通常需開挖地面布放預(yù)制水泥管孔或鋼管/ 聚氯 乙稀/ 聚乙稀管并在兩端建人井 (手孔) ,如在路由中遇 有大的拐角 ,須建拐彎人井 ;超過 200 m 時(shí)還應(yīng)考慮建 過渡人井 ,以防敷設(shè)全塑光纜時(shí)因摩擦而使張力過大 。 管道一般為隱蔽工程 ,相對較安全 。2 . 2槽道建設(shè)槽道需開挖地面 ,再用預(yù)制水泥板或磚砌成 , 上蓋一般為預(yù)制水

13、泥板 。由于是開啟式布纜 ,光纜施 工時(shí)基本不受力 。但由于槽道內(nèi)空隙大 ,光纜易受小 動(dòng)物啃咬而被破壞 。另外 ,蓋板也易砸傷防衛(wèi)較弱的 全塑光纜 。槽道一般為明建工程 ,受自然和人為破壞 的幾率較高 。2 . 3直埋必須先開挖地面 ,把光纜布放在溝底后再復(fù)以細(xì) 砂并蓋上 。然而 ,通常的全塑光纜用于直埋并不合適 。 除此以外 ,直埋屬隱蔽工程 ,相對較安全 。3非開挖地埋方式非開挖鋪設(shè)管線新技術(shù)早在 20 年前已在美國 、英 國 、以及歐洲等國發(fā)展和應(yīng)用 ,是近 10 年來發(fā)展最快 的新技術(shù) 。已廣泛地應(yīng)用在石油 、天然氣 、煤氣 、水 、電 和電信部門 。近幾年 ,這項(xiàng)成熟技術(shù)在我國也開

14、始應(yīng)用 。例如 首都機(jī)場跑道下的大孔徑電纜管孔 ,上海黃浦江底的 管道都成功地采用了這項(xiàng)技術(shù) 。這項(xiàng)技術(shù)也可稱為水平定向鉆進(jìn)技術(shù) 。 該項(xiàng)施工技術(shù)與開挖式的方法相比 ,對環(huán)境的影響最小 ,對管線的保護(hù)最好 ,維護(hù)費(fèi)用最低 、工期短 、施 工質(zhì)量高 。在某些特殊場合更有無可比擬的優(yōu)越性 。 3 . 1 原理根據(jù)地質(zhì)和土質(zhì)情況選用一些在地面安裝的合適 鉆具 ,在跟蹤定位位置的導(dǎo)向下 ,在不同地層和深度按 設(shè)計(jì)曲線要求 ,可 360°轉(zhuǎn)向并沿連續(xù)淺的園弧 (大的 曲率半徑) 連續(xù)鉆進(jìn) ,打出一個(gè)貫通的小口徑導(dǎo)向孔 , 然后將鉆頭換成回?cái)U(kuò)頭把管道固定在回?cái)U(kuò)頭后 ,拖回 完成管道敷設(shè) 。3 .

15、 2 裝備主要的裝備見表 1 所列 ,其中最主要的是非開挖 水平鉆機(jī) 、鉆桿和鉆頭 。要求鉆機(jī) (如圖 7 所示) 有大 于 13 000 N·m 的扭矩和 25 T 的回拖力 。圖 7 鉆機(jī) 表 1 非開挖工藝主要裝備 序號 設(shè)備名稱 規(guī)格 單位 數(shù)量 廠家 備注1非開挖鉆機(jī)D50臺1Vermeer2污水泵臺4排漿3汽車吊16 T輛14電焊機(jī)BX1 - 200臺15經(jīng)緯儀DJ 2架26水準(zhǔn)儀DS3架27激光經(jīng)緯儀18泥漿測試儀套19運(yùn)漿罐車12 m3臺410空壓機(jī)0. 9 m3臺3 11 探地雷機(jī)臺 1 其他輔助設(shè)備 、工具按常規(guī)施工配置 。3 . 3 非開挖水平定向鉆工藝在缺乏現(xiàn)

16、場地質(zhì)資料和管線要求的情況下 ,一般 的工藝原則如下 :(1) 鉆孔曲線設(shè)計(jì)合理確定每個(gè)非開挖段長度 ,預(yù)先進(jìn)行鉆孔曲線 設(shè)計(jì) ,作出設(shè)計(jì)曲線和每根鉆桿的鉆進(jìn)角度 。·18 ·電力系統(tǒng)通信2004 年第 5 期(2) 工作坑開挖通常要求在入土 、出土點(diǎn)位置各挖一個(gè)工作坑 。 入土位置開挖深 2 m 、長 2 m 、寬 1 m 斜槽 ;出土點(diǎn)開挖深 2 m 、長 3 m 、寬 1 m 斜槽 ,用于泥漿排出儲漿和管子 回拖并判斷地下其他管線的實(shí)際情況 。如受條件限制 不能開挖 ,在確認(rèn) (或經(jīng)勘察) 地質(zhì)和地下管線的情況 下 ,可將出土點(diǎn)坑減至最小 。(3) 鉆機(jī)就位和試鉆在鉆

17、機(jī)準(zhǔn)確定位并穩(wěn)固后 ,先鉆入 12 根鉆桿 ,確認(rèn)設(shè)備儀器處于運(yùn)轉(zhuǎn)良好狀態(tài) 。(4) 鉆導(dǎo)向孔根據(jù)測量的位置 ,采用導(dǎo)航設(shè)備控制鉆頭的方向 水平鉆進(jìn) (如圖 8 所示) ,嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求形成導(dǎo)向孔 。 出土端可控制在偏離設(shè)計(jì)點(diǎn) 1020 cm 范圍 (如圖 9 所示) 。將管道依次連接回拖 ,將廢漿清理干凈 ,并恢復(fù)原 貌 。3 . 4方案(1) 從桿塔至中繼站如圖 11 示出從桿塔端入土 ,在中繼機(jī)房出土的非 開挖鉆孔方案 。圖 10 回?cái)U(kuò)圖 8 水平鉆進(jìn)圖 9 準(zhǔn)確出土(5) 預(yù) (回) 擴(kuò)孔導(dǎo)向孔完成后 ,卸下起始桿和導(dǎo)向鉆頭 ,更換回?cái)U(kuò) 鉆頭 ,合理控制回?cái)U(kuò)鉆進(jìn)速度進(jìn)行回?cái)U(kuò)(如圖 10

18、 所示) 。(6) 回拖管材恢復(fù)原貌圖 11 從桿塔至中繼站鉆孔示意圖(2) 從中繼機(jī)房至桿塔如圖 12 示出從中繼機(jī)房入土 ,在桿塔端出土的非 開挖鉆孔方案 。圖 12 從中繼站至桿塔鉆孔示意圖(3) 采用的管道 采用鍍鋅鋼管可屏蔽地電流對光纜護(hù)套的腐蝕和損害 ,可延長光纜使用壽命 ,但鋼管會(huì)把桿塔的地電位 引入中繼機(jī)房附近 。(下轉(zhuǎn)第 50 頁)·50 ·電力系統(tǒng)通信2004 年第 5 期5結(jié)論隨著寶雞供電局企業(yè) MIS 網(wǎng)和調(diào)度自動(dòng)化 SCADA 系統(tǒng)不斷完善和發(fā)展以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在寶雞地區(qū)電網(wǎng)調(diào) 度自動(dòng)化系統(tǒng)中的進(jìn)一步應(yīng)用 ,相信遠(yuǎn)動(dòng)信息的網(wǎng)絡(luò)傳 輸必將成為我局遠(yuǎn)動(dòng)數(shù)據(jù)

19、傳輸?shù)陌l(fā)展方向 ,它對降低數(shù) 據(jù)通道的建設(shè) 、維護(hù)成本 ,降低通道的復(fù)雜度和技術(shù)難 度 ,提高通道的可靠性 、可管理性 ,提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)男阅?都有質(zhì)的飛躍 ,對提升寶雞供電局電網(wǎng)自動(dòng)化科技水平產(chǎn)生積極推動(dòng)作用。參考文獻(xiàn) : 1 虞日躍 ,史進(jìn)源. RS2485 總線的理論與實(shí)踐 DB/ OL . http www. 21ic. com.2 任治國 ,王大方 ,黃紅兵. RS2232 接口轉(zhuǎn) USB 接口通信的 實(shí)現(xiàn)J . 電力系統(tǒng)通信 ,2002 , (10) :7 - 9. 3 李從容 ,朱立潔 ,陳慧劍. RS2485 在環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用J . 電力系統(tǒng)通信 ,2002 , (12)

20、:13 - 15.Analysis of the methods of transmitting telecontrol information in substation through digital net workGU Guang2lei , PEN G Hai(Baoji Power Supply Bureau ,Baoji 721004 China)Abstract : In accordance with the mode of telecontrol series - communication which is widely used in electric power au

21、tomated system , combined with the practice of communication and MIS network in Baoji Power Supply Bureau , the feasibility , necessity and the benefits of the telecontrol in2 formation transmission were analyzed , the methods and some relevant technological schemes were researched , and some new te

22、chnology which used in the transmission mode were introduced , such as Ethernet technology , TCP/ IP protocol. At last , point out that the transmitting of the telecontrol data will adopt the network transmission mode.Key words : telecontrol communication ; TCP/ IP ;gateway(上接第 18 頁)如必須隔離桿塔下地電位與通信機(jī)房

23、的地電位 ,可 采用絕緣(如一定厚度的塑料) 非金屬管 ,相當(dāng)于增大光 纜護(hù)套的絕緣厚度 、提高了絕緣等級 ,同樣可延長光纜 使用壽命。管孔內(nèi)徑根據(jù)路徑和距離選擇 ,路徑較直且距離較 短 ,孔徑可小一些 。反之 ,應(yīng)適當(dāng)增大內(nèi)徑 。通常要求 光纜截面積不大于管孔內(nèi)截面積的 85 %。(4) 采用的光纜根據(jù)一般原則 ,宜選用全塑光纜。4討論(1) 除非有合適的安裝空間并滿足動(dòng)態(tài)條件 ,采用 AT 護(hù)套的 ADSS 光纜作為 500 kV 線路光通信中繼站 引入光纜是危險(xiǎn)的 、不合理的 。(2) 用經(jīng)過電子輻照的交聯(lián)護(hù)套材料作為光纜的 護(hù)套 ,已證明其耐溫性能明顯提高 ,但還需進(jìn)一步研究 和驗(yàn)證其耐電腐蝕等綜合性能 。而且 ,采用該種護(hù)套的光纜成本將大幅增加。(3) 考慮到輸電線路桿塔接地體造成的地電流影 響 ,用普通的全塑光纜和傳統(tǒng)的直埋方案是不合理的。 (4) 如果引入光纜必須架空安裝 。只要有關(guān)的規(guī) 程允許 ,建議進(jìn)一步研究 MASS 或